3分でわかる太陽電池の仕組みと種類

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最近は太陽電池を採用する住宅も増えてきました。しかし、この流れは住宅だけではなく、工場や商業施設での太陽電池の活用も増加しているのです。大型施設で太陽電池を使用するときは、管理する資格保持者も必要になります。ニーズの高まる太陽電池ですが、その仕組みは意外と知られていません。それでは、太陽電池の仕組みと種類についての基礎知識をご紹介します。

  1. 太陽電池の仕組み
  2. 太陽電池の種類
  3. 太陽電池の用途

1.太陽電池の仕組み

1-1.なぜ電気が生じるのか

太陽電池とは太陽のエネルギーを電気に変えるシステムです。太陽電池という名前ですが、実際のところは電池ではなく、電気をためる機能はありません。太陽の力で発電を行う発電システムと考えるのがよいでしょう。地球にはエネルギーの源になるものがたくさんありますが、その中でも太陽光のエネルギーはほかのエネルギー量と比べものにならないほど大きいものです。その太陽の光が太陽電池にあたると、太陽電池の中の電子が動き、電気が発生します。この電流を活用するのが太陽電池なのです。

1-2.必要な条件

当然ですが、太陽電池を活用する最も大切な条件は、太陽の光です。そのため、太陽の光が直接あたらない場所は太陽電池の設置はできません。また、太陽電池の種類にもよりますが、十分な電力供給をするには、多量のソーラーパネルが必要です。そのため、ソーラーパネルを設置する広い場所が必要でしょう。住宅なら屋根への設置となりますが、大型施設であれば広大な敷地にソーラーパネルを設置しなければなりません。

1-3.効率が大切

太陽電池の性能を判断するために重要なポイントは変換効率です。変換効率は、太陽電池が太陽の光をどれほど効率よく電気エネルギーにするかをパーセンテージで表します。計算式としては、出力電気エネルギーをそのパネルにあたる太陽エネルギーで割ったものに100をかけたものです。変換効率がよいなら、少ないパネルでも電力を十分にとれますが、変換効率が悪いなら、ソーラーパネルをより多く設置しなければなりません。

2.太陽電池の種類

2-1.単結晶シリコンのパネル

太陽電池の種類は数多くありますが、大きく分けるならシリコン系とそのほかの太陽電池となります。現在は、シリコン系を用いるのが主流です。シリコン系の太陽電池は単結晶シリコンと多結晶シリコンという2種類に大きく分類できます。単結晶シリコンは住宅で活用するのにおすすめです。単結晶シリコンはその名前のとおり、ひとつのセルがひとつのシリコン結晶となります。そのため、パネル自体の価格は高いのですが、変換効率がよく、狭い場所で使える点がメリットでしょう。実用性のある太陽電池の中では最も変換効率が高いものです。

2-2.多結晶シリコンのパネル

単結晶シリコンに比べて、価格が安いのが多結晶シリコンです。多結晶シリコンの場合、変換効率は単結晶シリコンほど高くありません。ひとつのセルの中にシリコン結晶がたくさん入っています。この構造が変換効率を低めるのですが、値段が安く、性能は悪くはありません。そのため、価格と性能を考えるなら、バランスのとれたソーラーパネルといえるでしょう。多くのソーラーパネルが必要となる大型施設や産業用の太陽電池として使われています。

2-3.そのほかのパネル

ほかにもシリコン系の太陽電池としては、薄膜シリコンやHIT太陽電池があります。特にHITシリコンは単結晶シリコンとアモルファスシリコンを層にした特殊な太陽電池です。単結晶シリコンは温度によって変換効率が低くなる傾向がありますが、アモルファスシリコンがその弱さを補強するため、天候に左右されにくいという特徴があります。また、化合物系太陽電池の開発も現在注目が集まっている分野といえるでしょう。シリコンの供給に限界があり、シリコンの活用は価格が高くなることから、CISなど安価な価格帯となる化合物系太陽電池の今後も注目したいものです。

3.太陽電池の用途

3-1.住宅や施設での使用

現在は住宅用の太陽電池の開発として、実用性の高いものが増えています。電力を売ることもできるため、設置のコストも十分回収できるのが人気です。とはいえ、太陽電池は太陽がでていないときの電力発電ができないのが難点であり、電力は天候に左右されます。しかし、通常の電気供給を活用しながら、太陽電池からの電気供給も利用するなら、電気代を大幅に削減できるでしょう。これは、大型施設や商業施設でも同様です。中には、効率のよい太陽電池を設置して、電力を売ることを主な目的とした「太陽電池施設」を設置する企業もあります。

3-2.太陽電池のほかの用途

太陽電池の活用比率は、産業用や事業用が住宅用を上回っています。同時に、衛星用、照明用、計算機などのさまざまな分野で太陽電池の活用があるため、今後の活用方法も大いに期待できるでしょう。変換効率の高い太陽電池の開発もすすんでおり、日本はその点で大きく世界中に貢献する開発を行っています。

3-3.対応技術者が求められる太陽電池

東日本大震災での災害後、発電方法に大きな関心が集まっています。そのため、今後も住宅や施設で太陽電池を活用するケースが増えていくでしょう。出力が50キロワット以上となる太陽光発電設備では、保安対応をする電気主任技術者が必要です。また、電気の固定価格買い取り制度が開始することで、今後も大型施設での太陽電池を使った発電が増える傾向があります。そのような発電施設には、必ず電気主任技術者が必要なのです。そのため、今後も日本では電験3種をはじめ、電験主任技術者が大きく必要となるでしょう。発電所の保安と点検は必ず必要であるため、関連する複数の電気技術や資格を持つなら、日本の未来の電気を支える貴重な人材となることができます。

まとめ

いかがでしたか?太陽電池は今後も注目度が高い発電方法です。住宅から大型施設、メガソーラーシステムまで活用方法は広がっています。そのため、各施設の保安管理を担当する技術者が多いに必要なのです。日本は太陽電池の開発でも世界に誇る技術を持っています。日本の太陽電池に関する技術を含め、電気技術の有資格者は世界からも注目される人材となるでしょう。

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